CC BY
54
УДК 631.22
ВЛИЯНИЕ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА
В КОРОВНИКЕ
В.Ф. Вторый, доктор технических наук, главный научный сотрудник
B.В. Гордеев, кандидат технических наук, заведующий отделом
C.В. Вторый, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Е.О. Ланцова, научный сотрудник
ФГБНУ «Институт агроинженерных и экологических проблем с.-х. производства» E-mail: [email protected]
Аннотация. Для реализации генетического потенциала молочных коров необходимо обеспечить оптимальный микроклимат в помещении для содержания животных. Цель исследований - установить закономерности влияния природно-климатических условий на формирование температурно-влажностного режима в коровнике. Разработаны стационарная и переносная установки мониторинга параметров микроклимата с электронными датчиками температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, концентрации СО2, NH3, H2S и электронным регистратором, передачей информации через порт USB на компьютер. Исследования, проведенные в январе-феврале 2016 года в коровнике на 150 дойных коров с привязным содержанием, показали, что изменение температуры наружного воздуха в среднем на 8-10°С приводит к изменению температуры воздуха в коровнике на 2-4°С. Увеличение относительной влажности наружного воздуха при увеличении скорости ветра не приводит к существенному росту относительной влажности воздуха в коровнике. Увеличение скорости ветра способствует росту скорости движения воздуха в коровнике и интенсификации воздухообмена в помещении. Необходимо отметить, что при ограниченном воздухообмене за ночной период с 21 до 6 часов утра температура воздуха в коровнике повышалась на 2-4°С, а относительная влажность - на 12-17%. Рост температуры и относительной влажности воздуха в коровнике свидетельствует о недостаточной эффективности работы системы вентиляции. Установлено, что в зависимости от направления и скорости ветра температура воздуха может изменяться по длине коровника на 2,5-4,0°С, по ширине - на 0,5-1,0°С, а значения относительной влажности воздуха в разных точках коровника могут различаться на 3-9%. Ключевые слова: коровник, микроклимат, воздух, температура, влажность, погодные условия.
Введение. Для реализации генетического потенциала молочных коров необходимо обеспечить оптимальный микроклимат в помещении для содержания животных. Отклонение параметров микроклимата от установленных пределов приводит к сокращению удоев молока на 10-20%, прироста живой массы - на 20-33%, увеличению отхода молодняка - до 5-40%.
Микроклимат формируется путем смешивания наружного (чистого) воздуха с выделениями (вредностями) животных и отходами их жизнедеятельности. Исследование динамики параметров микроклимата на молочной ферме остается проблемной и актуальной задачей, однако она стала особенно насущной при значительном росте продук-
тивности животных, требующих особого подхода к условиям содержания [1].
Большой расход электроэнергии, низкая надежность оборудования - все это привело к тому, что в последние годы от систем электромеханической вентиляции животноводческих помещений стали отказываться в пользу естественных систем вентиляции. Естественная система вентиляции работает, главным образом, за счет сил гравитации, создаваемых разностью весов холодного наружного и теплого внутреннего воздуха. При уменьшении разности температур снаружи и внутри помещения эффективность работы системы снижается, а при температуре наружного воздуха выше -5°С и положительной температуре внутри помещения эта си-
стема не работает. Правильно используя систему естественной вентиляции, можно обеспечить равномерную и достаточно эффективную смену воздуха в помещении. Однако, будучи независимой от источников технической энергии, естественная вентиляция зависит от состояния окружающей среды, точнее, от погоды [2].
В настоящее время в молочном животноводстве все большее распространение получают системы микроклимата аэрационного типа. Они не требуют затрат дорогих энергоносителей, таких, как электроэнергия, нефтепродукты, другие виды топлива.
Скорость ветра оказывает существенное влияние на работу всех аэрационных каналов в теплое время года как по величине воздухообмена, так и по направлению воздушных потоков, а также на общий воздухообмен [3].
Следует отметить, что скорость и направление ветра оказывают более сильное воздействие на распределение воздушных потоков в системе вентиляции и на расходы инфильтрации, чем температура наружного воздуха. Изменение температуры наружного воздуха от -15°С до -30°С приводит к такому же увеличению воздухообмена, как и увеличение скорости ветра от 3 до 3,6 м/с [4].
При существующей четкой взаимосвязи между климатическими условиями и темпе-ратурно-влажностным режимом коровника задача заключается в том, чтобы при изменении внешних погодных условий обеспечить содержание влаги и температурный режим содержания животных в соответствии с зоотехническими требованиями.
Цель наших исследований - установить закономерности влияния природно-климатических условий на формирование темпера-турно-влажностного режима в помещении для содержания животных.
Методы и методология проведения работ. Основой исследований является инструментальный экспресс-метод с использованием планирования экспериментов, компьютерной регистрацией и обработкой данных, позволяющий определить значения контролируемых параметров в заданный промежуток реального времени. Результаты
измерений фиксируются электронными регистраторами с интервалом времени 5 мин на стационарной установке и 5 с - на переносной.
Обработка результатов мониторинга производилась известными методами математической статистики с определением средних значений, среднеквадратичного отклонения исследуемых величин за установленные временные периоды. Средняя продолжительность опыта составляла 24 часа [5].
Экспериментальная база, ход исследований. Исследования проводились в осенне-зимний период года на территории России Ленинградской области в коровнике привязного содержания на 150 голов. Размеры коровника 18х72 м, высота в верхней точке коровника - 4,5 м. Вентиляция естественная с притоком воздуха через боковые окна и ворота в торце здания и вытяжкой через шахты в коньке кровли. Общий объем воздуха составляет 4660 м3, на одну корову - 31 м3. Уборка навоза производится дважды в день скребковыми транспортерами ТНС-2Б с погрузкой в специальную мобильную емкость. Среднесуточный выход навоза составляет 88,5 т. Влажность подстилочного навоза в среднем составляет 83-85%. Доение коров трехразовое в стойлах на доильной установке типа «молокопровод».
Для исследования микроклимата в коровнике разработана стационарная установка для мониторинга и фиксирования данных (рис. 1). Замер химического состава воздуха производился при помощи электронных датчиков. Блок датчиков представляет собой устройство, в котором конструктивно объединены аналоговые датчики температуры воздуха, относительной влажности воздуха и скорости движения воздуха, уровня содержания СО2, NH3, H2S с регистратором [6, 7].
Аналоговый сигнал 4-20 мА поступает на регистратор с интервалом 5 мин круглосуточно. Регистратор - электронное устройство с 32 аналоговыми входами и объемом памяти на 270 млн записей, что позволяет за достаточно большой промежуток времени собирать и архивировать информацию, поступающую с датчиков, и через порт USB
передавать на компьютер для дальнейшей обработки и анализа в табличной форме EXCEL. Также разработана переносная установка (рис. 2), аналогичная по устройству стационарной, для измерений в различных точках коровника.
Ряд1 Ряд2
Время измерений, ч
Рис. 3. Экспериментальные данные изменения температуры наружного и внутреннего воздуха фермы: ряд 1 - температура наружного воздуха, °С; ряд 2 - температура воздуха на ферме, °С
94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64
Л,,/. гг-Ц х^т т\
1 У
V ■ -V-
4 1 — J 1 ;
- г-
■Ряд1 Ряд2
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 Время измерений, ч
Рис. 2. Общий вид переносной установки для мониторинга параметров микроклимата в коровнике
Результаты исследований. Мониторинг параметров микроклимата проводился в январе-феврале 2016 года. Стационарная установка фиксировала параметры в круглосуточном непрерывном режиме. Переносной установкой измерения проводились периодически 1-2 раза в неделю в дневное время.
На рисунках 3-5 представлены данные мониторинга параметров микроклимата фермы с 6 по 9 февраля 2016 г.
Рис. 4. Экспериментальные данные изменения относительной влажности наружного и внутреннего воздуха фермы: ряд 1 -
относительная влажность наружного воздуха, %; ряд 2 - относительная влажность воздуха на ферме, %
При этом направление ветра было следующее: 6.02.16 г. - юго-западное; 7.02.16 г. -северное; 8.02.16 г. - юго-юго-западное; 9.02.16 г. - ветер переменных направлений от юго-юго-западного до северного. Анализ экспериментальных данных показал, что изменение температуры наружного воздуха в среднем на 8-10°С приводит к изменению температуры воздуха в коровнике на 2-3°С.
Резкое снижение температуры воздуха (рис. 3) связано с открытием ворот в дневное время для проветривания помещения. С этим связано и существенное периодическое снижение относительной влажности воздуха в коровнике (рис. 4). Экспериментальные данные представленные на рис. 4, 5 свидетельствуют о взаимосвязи между относительной влажностью наружного и внутреннего воздуха, скоростью ветра и скоростью движения воздуха в коровнике.
Из графиков видно, что увеличение относительной влажности наружного воздуха при увеличении скорости ветра не приводит к существенному росту относительной влажности воздуха в коровнике. Необходимо отметить, что увеличение скорости ветра способствует росту скорости движения воздуха в коровнике и интенсификации воздухообмена в помещении.
3,5
95
3« 93
<13
X 91
>
э 89
о ш 87
л н 85
и
о 83
X
к 81
го
с 79
ш
к 77
го
X 75
л
с 73
о
н X 71
и о 69
X
н 67
О
65
га
I 3
о
ш 2,5 К
2
1,5
т ч л 18 1 о. о
5- °,5
6 ч утра. На графиках интервал в 10 ч равен одним суткам). В этот период суток ворота закрыты, в коровнике функционирует только естественная система вентиляции через установленные в коньке крыши шахты. Сила ветра до 2,5 м/с, преимущественно от юго-западного до юго-восточного.
Г / г
г
н Л--
н Л 1_1 7Т н л
.1 1- - -V
ж
- —-и— 1 1
" Ряд 1 Ряд2
1 1 г
1 р« . га11, 1
(А
Н 1 «г Г
г 1 м
у»/; л /х /-
0 4 8 12 16 2° 24 28 32 36 4° 44 48 52 56 6° 64 68 72 76 8° 84
Время измерений, ч
Рис. 5. Экспериментальные данные изменения скорости движения наружного и внутреннего воздуха фермы: ряд 1 - скорость наружного воздуха, м/с; ряд 2 - скорость воздуха на ферме, м/с
На рис. 6-7 представлены данные мониторинга климатических условий и микроклимата в коровнике за девять суток с 9 по 18 февраля 2016 г. в ночное время (с 21 ч до
2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 9°
Время измерений, ч
Рис. 6. Экспериментальные данные изменения температуры наружного и внутреннего воздуха на
ферме в ночное время: ряд 1 - температура наружного воздуха, °С; ряд 2 - температура воздуха на ферме, °С
Из графика на рис. 6 видно, что снижение температуры наружного воздуха на 10°С привело к снижению температуры внутри коровника примерно на 2°С. _РяД1 За ночной период температура —Ряд2 воздуха в коровнике повышается на 2-4°С.
Относительная влажность воздуха в коровнике зависит от уровня влажности наружного воздуха (рис. 7). Необходимо отметить, что за ночной период относительная влажность в коровнике может повышаться на 12-17%. Рост температуры и относительной влажности воздуха в коровнике свидетельствует о недостаточной эффективности работы системы вентиляции.
Коровники имеют значительные внутренние размеры. Их длина и ширина измеряются десятками метров. Из рис. 8 видно, что значения параметров микроклимата внутри коровника существенно меняются по его длине и ширине.
4
°
-Ряд1 Ряд2
Время измерений, ч
Рис. 7. Экспериментальные данные изменения относительной влажности наружного и внутреннего воздуха фермы: ряд 1 - относительная
влажность наружного воздуха, %; ряд 2 - относительная влажность воздуха на ферме, %
Тв = 13,9°С
Wв = 73,5%
Тв = 12,9 °С. Тв = 13,1°С. Тв = 13,7°С.
Wв = 84,2%. Wв = 69,2%. Wв = 74,3%
Тв = 9,7°С
Wв =69,9%
Тн = 6,6°С; WH = 74,7%.
Ун = 0,3 м/с
ветер Ю-В
\
С-З <^Тн = 9,2°С; Wr = 62%; ветер Ун = 3 м/с
Тв = 8,8°С Wв = 66% Тв = 9,9°С.Тв = 10°С.Тв = 10,3°С Wв = 71,8%.Wв = 71,5%W = 73% Тв = 11,4°С Wв = 72,5%
Рис. 8. Значения параметров микроклимата фермы при различных климатических условиях
Так, в зависимости от направления и скорости ветра температура воздуха может изменяться по длине коровника на 2,5-4,0°С, по ширине - на 0,5-1,0°С, а значения относительной влажности воздуха в разных точках
90
коровника могут различаться на 3-9%. Эти особенности необходимо учитывать при управлении микроклиматом коровника.
Область применения результатов. Используя результаты исследований, можно прогнозировать формирование температурно-влажностного режима в коровнике в зависимости от метеопрогноза. Это позволит своевременно скорректировать микроклимат внутри коровника, тем самым улучшить условия содержания животных, сохранить здоровье и увеличить их продуктивность.
Выводы. Для мониторинга параметров микроклимата в животноводческих помещениях разработаны стационарная и переносная установки с электронными датчиками. Блок датчиков представляет собой устройство, в котором конструктивно объединены аналоговые датчики температуры воздуха, относительной влажности воздуха и скорости движения воздуха, уровня содержания СО2, NH3, H2S. Электронный регистратор связан с блоком датчиков 32 каналами, имеет объем памяти на 270 млн записей. Это позволяет за достаточно большой промежуток времени с интервалом времени от 0,1 с до 10 мин собирать и архивировать информацию, поступающую с датчиков, и через порт USB передавать ее на компьютер в табличной форме EXCEL для дальнейшей обработки и анализа. Исследования, проведенные в зимний период 2016 года в коровнике на 150 дойных коров с привязным содержанием, показали, что присутствует взаимосвязь между относительной влажностью наружного и внутреннего воздуха, скоростью ветра и скоростью движения воздуха в коровнике. Изменение температуры наружного воздуха в среднем на 8-10°С приводит к изменению температуры воздуха в коровнике на 2-4°С.
При достаточном воздухообмене увеличение относительной влажности наружного воздуха при увеличении скорости ветра не приводит к существенному росту относительной влажности воздуха в коровнике. Увеличение скорости ветра способствует росту скорости движения воздуха в коровнике
и интенсификации воздухообмена в помещении. При ограниченном воздухообмене относительная влажность воздуха в коровнике зависит от уровня влажности наружного воздуха. Необходимо отметить, что за ночной период 10 ч температура воздуха в коровнике повышалась на 2-4°С, относительная влажность - на 12-17%. Рост температуры и относительной влажности воздуха в коровнике свидетельствуют о недостаточной эффективности работы системы вентиляции.
Параметры микроклимата внутри коровника могут существенно меняться по длине и ширине его. В результате исследований установлено, что в зависимости от направления и скорости ветра температура воздуха может изменяться по длине коровника на 2,5-4,0°С, по ширине на 0,5-1,0°С, а значения относительной влажности воздуха в разных точках коровника могут различаться на 3-9%.
Литература:
1. Lantsova Е., Vtoryi V., Vtoryi S. Investigation of water evaporation from cattle manure. Jelgava, Latvia, 2015.
2. Использование ресурсосберегающих технологий при вентиляции животноводческих помещений / Андрианов Е.А. и др. // Актуальные направления научных исследований XXI века. Воронеж, 2014. С. 383.
3. Новиков Н.Н. Моделирование воздушных потоков и расчет аэрационных систем микроклимата животно-
водческих помещений // Вестник ВНИИМЖ. 2011. №4. С. 34.
4. Китайцева Е.Х., Малявина Е.Г. Естественная вентиляция жилых зданий // АВОК. 1999. № 3. С. 35-43.
5. Влияние температуры воздуха и влажности навоза на интенсивность эмиссии газов из навоза КРС / Вто-рый С.В. и др. // Региональная экология. 2015. №5.
6. Пат. 139847 РФ. Устройство для контроля параметров и режимов работы машин и оборудования по производству молока / Вторый В.Ф. и др. Опубл. 27.04.14
7. Пат. 161235. Устройство контроля параметров микроклимата в помещениях для содержания с. -х. животных / Вторый В.Ф. и др. Опубл. 10.04.16.
Literatura:
1. Lantsova E., Vtoryi V., Vtoryi S. Investigation of water evaporation from cattle manure. Jelgava, Latvia, 2015.
2. Ispol'zovanie resursosberegayushchih tekhnologij pri ventilyacii zhivotnovodcheskih pomeshchenij / Andria-nov E.A. i dr. // Aktual'nye napravleniya nauchnyh issle-dovanij XXI veka. Voronezh, 2014. S. 383.
3. Novikov N.N. Modelirovanie vozdushnyh potokov i ra-schet aehracionnyh sistem mikroklimata zhivotnovodche-skih pomeshchenij // Vestnik VNIIMZH. 2011. №4. С. 34.
4. Kitajceva E.H., Malyavina E.G. Estestvennaya venti-lyaciya zhilyh zdanij // AVOK. 1999. № 3. S. 35-43.
5. Vliyanie temperatury vozduha i vlazhnosti navoza na intensivnost' ehmissii gazov iz navoza KRS / Vtoryj S.V. I dr. // Regional'naya ehkologiya. 2015. №5.
6. Pat.139847 RF. Ustrojstvo dlya kontrolya parametrov i rezhimov raboty mashin i oborudovaniya po proizvodst-vu moloka / Vtoryj V.F. i dr. Opubl. 27.04.14
7. Pat. 161235. Ustrojstvo kontrolya parametrov mikroklimata v pomeshcheniyah dlya soderzhaniya s.-h. zhivot-nyh / Vtoryj V.F. i dr. Opubl. 10.04.16.
THE WEATHER CONDITIONS INFLUENCE ON THE TEMPERATURE-AND-HUMIDITY CONDITIONS' FORMATION IN THE ^WSHED V.F. Wtory, doctor of technical sciences, general research worker V.V. Gordeev, candidate of technical sciences, department head S.V. Wtory, candidate of technical sciences, senior research worker E.O. Lantsova, research worker
FGBNY "Institute of agro-engineering and environmental problems of agricultural industry" Abstract. For the dairy cows genetic potential realization it is necessary to ensure the optimal indoor climate for the animals' housing. The purpose of the research is to establish the nature-and-climatic conditions on the temperature and humidity conditions formation influence regularities in the cowshed. The stationary and portable installations of monitoring of microclimate parameters with electronic sensors of temperature, relative humidity and air velocity, CO2, NH3, H2S concentrations,, and electronic registrant, information transfer through the USB port to the computer are designed. Research conducted in January-February, 2016 in the 150 tied dairy cows cowshed had showed that the outdoor air temperature changing an average in 8-10°C leads to cowshed indoor air temperature changing in 2-4°C. The relative humidity of outdoor air increase at the wind speed increasing doesn't lead to relative humidity in the cowshed significant increase. The outdoor wind speed increase contributes to the indoor air movement speed in the cowshed increase and the air circulation in the room intensification. It should be noted that at a limited air circulation during the night from 21 hours till 6 a.m. hours, the temperature in the cowshed was increased in 2-4°C, and relative humidity in 12-17%. The temperature and relative humidity in the cowshed rising is evidence of the ventilation system inadequate active. It is established that in depending on the wind direction and speed the air temperature can vary along the cowshed length in 2,5-4,0°C, width in 0,5-1,0°C, and the values of relative humidity in cowshed different parts can vary in 3-9%.
Keywords: cowshed, microclimate, air, temperature, humidity, weather conditions.
